[发明专利]用于检测同步发电机内部绕组故障的系统、计算机程序产品和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于同步发电机故障检测和保护的系统。具体地说，其涉及检测同步发电机的绕组故障，例如用于水电厂、热电厂或核电厂的大功率同步发电机。

背景技术

在发电厂实现高可靠性的重要因素是为发电机，诸如水电厂或核电厂中的大功率发电机，提供状况监控系统，以便在早期阶段检测故障。本发明的目的是提供一种改进的诊断、检测和保护方法，能够检测和识别同步发电机中的绕组故障，尤其是同步发电机的匝间故障。发电机的这种内部短路故障如果没有被发现并处理，可能引起严重损坏。为了检测匝间故障，已经使用过几种方法，包扩横向差动保护和谐波签名分析。

所述横向差动保护是一种广泛使用的方法，且为同步发电机匝间故障保护提供了良好的灵敏度和可靠性。该方法利用每一相中定子绕组支路之间的不平衡或差动电流来指示匝间故障的存在。对于受监视的每个绕组，通过每一相的每个支路的绕组的电流在绕组的两端受到测量。在每个绕组的每一端具有诸如电流互感器（CT）的专用测量装置，需要许多测量装置，因此增加了这种类型保护的总成本。有时，由于制造偏好，同步发电机定子绕组支路被放在机器内部，而且对于互感器的安装是不可接入的，并因此限制了该方法的使用。

US7,528,611(D1)描述了一种用于检测带有并联绕组的发电机中的绕组故障，尤其是并联绕组之间的匝间故障的方法和系统。该系统包括电流互感器24、26、28、30、32和34排列在发电机端子侧上，每一相有两个支路，对于每个线圈支路（图1的D1）有一个电流互感器。所述电流互感器布置用来感测每相的线圈之间的差异，并且为每一相输出分相电流信号（摘要，第5栏第60行-第6栏第2行）。分相电流信号被供应给基于微处理器的继电器（38），该继电器适配用于检测匝间短路故障并输出报警或跳闸信号（第6栏，第5-14行）。D1的系统使用比常规横向差动保护更少的电流互感器，尤其是D1的系统不在发电机的中性侧使用电流互感器。D1的系统需要在每一相的每一个线圈上使用一个电流互感器。在实践中，通常难以接入线圈以便安装电流互感器。

谐波特征分析方法利用同步发电机电压或电流的谐波频谱来检测定子匝间的故障。当定子匝间故障发生时，一些特征谐波分量就会出现在所述定子和转子电流的谐波频谱里作为匝间故障的签名。然而，诸如转换器或整流器的在电网中使用的电力电子设备，外部电网的系统扰动和不平衡运行也可能诱导谐波，这会影响签名，并因此也降低了该方法的可靠性。

US7,592,772描述了使用一种具有用于测量转子磁场绕组电流的转子搜寻线圈进行谐波分析的匝间故障检测。所述搜寻线圈被布置在转子的磁场绕组上。在工业安装中，经常难以或无法安装这样的搜寻线圈。而且，当频率变化时，也使谐波分量不能被精确测量。本发明提供了一种对转子电流的这种测量和分析的替代方案。

文章“A Robust On-Line Turn Fault Detection Technique for Induction Machines Based on Monitoring the Sequence Component Impedance Matrix”描述了一种基于对称的序分量阻抗矩阵的感应电动机的匝间故障检测。对称序阻抗的非对角线元素的变化指示发生了匝间故障。为了获得检测算法的数据和参数，该方法包括学习阶段，其中包括几个有意的不平衡操作。参见文章:“S.Lee，R.Tallam，T.Habetler，IEEE Transaction on Power Electronics，“A robust on-line turn fault detection technique for induction machines based on monitoring the sequence component impedance matrix”，2003年第18卷第3期”。

这种不平衡的学习阶段对于应用在正常运行期间的大功率同步发电机上是不实际的。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于检测绕组故障，特别是匝间绕组故障的方法，这种方法使用简单，并仍然可靠。本发明提供了一种用于检测同步发电机绕组的绕组故障的方法和系统，所述同步发电机包括具有绕组的定子和用于机器电流的端子，以及布置成在定子中转动的转子。通过检测和识别绕组故障，尤其是匝间故障，从而在匝间故障的情况下发出跳闸命令以断开发电机，因此，有利于防止故障发电机和发电机的修理。